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Untersuchung des langjährigen Verhaltens der Tropopausentemperatur & -höhe anhand von Radiosondendaten

Sabrina Kappel

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Diplomstudium Meteorologie

Betreuer*in

Leopold Haimberger

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DOI

10.25365/thesis.27532

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29292.00252.934155-2

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Der Begriff des Klimawandels ist allgegenwärtig. Die daraus resultierende troposphärische Erwärmung, sowie die stratosphärische Kühlung, haben einen Einfluss auf die Tropopause und ihre Eigenschaften. Unter Betrachtung von Radiosondendaten von 1980 - 2004 wurde eine Temperaturabnahme an der Tropopause von -0,41 +/-0,09 K pro Dekade ermittelt, gekoppelt mit einem globalen Tropopausenhöhenanstieg von 64 +/-21 m pro Dekade, welcher einer Druckabnahme von -1.7 +/-0.6 hPa pro Dekade entspricht (Seidel and Randel 2006). Ziel dieser Arbeit ist es klimatologische Änderungen der Tropopause, insbesondere deren Temperaturschwankungen, zu untersuchen. Während Höhenschwankungen relativ unabhängig von systematischen Temperaturmessfehlern sind, ist es die Tropopausentemperatur nicht. Weil ältere Radiosondenbeobachtungen Strahlungsfehler aufweisen, erscheint es wahrscheinlich, dass obige Temperaturabnahme überschätzt ist. Um das zu prüfen werden weltweite Temperaturprofile von Radiosondendaten, deren Strahlungsfehler korrigiert wurden, von 1979 - 2010 nochmals genau analysiert. Die Ergebnisse werden mit unkorrigierten Radiosondendaten verglichen. Reanalysedaten des ECMWF - ERA-interim (1979-2010) - dienen zusätzlich als Referenz. Untersucht werden Standarddruckflächen und signifikante Niveaus. Durch die Bestimmung der LRT (Lapse Rate Tropopause), lt. Definition der WMO, wird die Höhe der Tropopause festgelegt. Sie liegt in den Tropen bei ca. 16 km und fällt zu den Polen auf ca. 9 km herab, d.h. sie befindet zwischen einem Druckniveau von 300-100 hPa (Seidel and Randel 2006). Eine Zeitreihenanalyse über 32 Jahre von ausgewählten und in jeweils 20° Breitengraden zusammengefassten Stationen bestätigt die obige Annahme der Überschätzung der Temperaturabnahme in der Literatur. Während der globale Tropopausendrucktrend aus strahlungskorrigierten Radiosondendaten -0.7 +/-0.1 hPa/Dekade, jener aus unkorrigierten Radiosondendaten und ERA-interim Reanalysen -0.9 +/-0.1 hPa/Dekade beträgt, sind die Differenzen hinsichtlich der Tropopausentemperaturanalyse deutlich erkennbar. Ergebnisse aus unkorrigierten Radiosondendaten zeigen eine Temperaturabnahme von -0.25 +/-0.03 K/Dekade, wohingegen die Resultate aus strahlungskorrigierten Radiosondendaten eine leichte Temperaturzunahme von 0.04 +/-0.03 K/Dekade aufweisen. Auch die globalen Tropopausentemperaturwerte aus ERA-interim Reanalysedaten belegen die Zunahme von 0.07 +/-0.02 K/Dekade. Besonders der Vergleich zu der Studie von Seidel und Randel aus 2006, beweist den Einfluss der solaren Strahlung. Die Resultate aus strahlungskorrigierten Radiosonden erzielen eine weitaus geringere Temperaturabnahme von -0.04 +/-0.04 K/Dekade. Die jeweilige zonale Darstellung gibt einen globalen Überblick über die Änderung der Häufigkeitsverteilung der Tropopausentemperatur bzw. des Tropopausendrucks. Besonderes Augenmerk wird dabei auf den Bereich zwischen 30°N-30°S gelegt. Die Resultate der Tropopausendruckanalyse aus solar - strahlungskorrigierten Radiosondendaten, unkorrigierten Radiosondendaten, als auch aus ERA-interim Reanalysedaten zeigen eine Zunahme an tieferen (90-95hPa) und eine Abnahme an höheren (100-110 hPa) Druckwerten. Eine Differenz zwischen den Ergebnissen aus den drei Datensätzen macht die Untersuchung der Tropopausentemperatur ersichtlich. Die Werte aus unkorrigierten Radiosondendaten stellen eine starke Abnahme im Bereich der 195 K Temperaturhäufigkeit und eine ebenso markante Temperaturhäufigkeitszunahme im Bereich von 185 K dar. Im Gegensatz dazu stehen die schwach ausgeprägte Zunahme im 195 K Temperaturhäufigkeitsbereich und die leichte Abnahme der Häufigkeit bei tieferen Temperaturen aus strahlungskorrigierten Radiosondendaten. Die Resultate aus ERA-interim Reanalysedaten zeigen die gleiche Entwicklung wie aus strahlungskorrigierten Radiosondendaten, wobei die Änderungen im letztgenannten Datensatz gedämpfter sind.

Abstract

(Englisch)

The concept of climate change is omnipresent. The resulting tropospheric warming and stratospheric cooling, have an impact on the tropopause and their properties. As seen from radiosonde data of 1980 - 2004, a temperature decrease of 0.41 +/-0.09 K per decade was determined, coupled to a global tropopause height increase of 64 +/-21 m per decade, a corresponding decrease in pressure of 1.7 +/-0.6 hPa per decade (Seidel and Randel 2006). The aim of this study is to examine the climatological changes in the tropopause, in particular the variations in temperature. While height variations are relatively independent of systematic temperature measurement errors, the tropopause temperature is not. Because older radiosonde data are influenced by radiation errors, it seems likely that the temperature decrease above is overestimated. Global temperature profiles of radiosonde data from 1979 - 2010, which were radiation error corrected, were used to analyze the assumption. The results are compared with uncorrected radiosonde data. Reanalysis of the ECMWF - ERA-interim data (1979-2010) - are used as references. Standard pressure surfaces and significant levels are examined. The height of the tropopause is determined by the definition of the LRT (lapse rate tropopause) by the WMO. It is located in the tropics at about 16 km and sinks pole wards to about 9 km, so it is located between a pressure level of 300-100 hPa (Seidel and Randel 2006). The 32-year time series analysis of selected and aggregated within 20◦ latitude belt stations confirm the assumption of the overestimation of the temperature decrease in the literature. Whereas the global tropopause pressure trend by radiation - corrected radiosonde data is -0.7 +/-0.1 hPa/decade, those by uncorrected radiosonde data and by ERA-interim reanalysis is -0.9 +/-0.1 hPa/decade, the differences in the global tropopause temperature trend is explicit defined. Results from uncorrected radiosonde data show a decrease in temperature of 0.25 +/-0.03 K/decade, while the radiation - corrected radiosonde data indicates a slight temperature increase of 0.04 +/-0.03 K/decade. The global tropopause temperature trend by ERA-interim reanalysis shows also an increase of 0.07 +/-0.02 K/decade. Especially the comparison to the study by Seidel and Randel from 2006 shows the influence of solar radiation. The results of radiation-corrected radiosonde data achieve a much lower temperature decrease of 0.04 +/-0.04 K/decade than the study by Seidel and Randel. The zonal description gives a global overview of the changes in the tropopause pressure and temperature. Particular attention is paid to the region between 30◦N-30◦S. The results of the tropopause pressure analysis by solar - radiation corrected and uncorrected radiosonde data, as well as from the ERA-interim reanalysis data show an increase in deep (90-95 hPa) and a decrease in higher (100-110 hPa) pressure values. The tropopause temperature analysis indicates the differences between the results of the three data sets. The values of uncorrected radiosonde data provide a strong decrease in the 195 K temperature frequency and an equally distinctive temperature increasing frequency in the range of 185 K. Compared to radiation - corrected radiosonde data there is a weak increase in the 195 K temperature frequency and a slight decrease in frequency at lower temperatures. The results from the ERA-interim reanalysis show the same trend as the radiation-corrected radiosonde data, but the changesare less strong in the latter record.

Autor*innen

Sabrina Kappel

Haupttitel (Deutsch)

Untersuchung des langjährigen Verhaltens der Tropopausentemperatur & -höhe anhand von Radiosondendaten

Publikationsjahr

2013

Umfangsangabe

XIV, 119 S. : Ill., graf. Darst.

Sprache

Deutsch

Beurteiler*in

Leopold Haimberger

Klassifikation

38 Geowissenschaften > 38.82 Klimatologie

AC Nummer

AC10900419

Utheses ID

24609

Studienkennzahl

UA | 415 | | |

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Schlagwörter